高活性矿物掺合料混凝土力学性能试验

利用正交试验的方法对高活性矿物掺合料混凝土(以下简称掺合料混凝土)的强度进行试验.研究偏高岭土掺量、超细粉煤灰掺量、硅灰掺量对掺合料混凝土7d、14 d、28 d抗压强度和劈裂抗拉强度的影响,并对数据结果进行系统分析.试验结果表明,偏高岭土对掺合料混凝土早期的力学性能影响最大,力学性能随着偏高岭土掺量的增加而增加.通过多元线性回归,建立不同因素对掺合料混凝土各龄期抗压强度、劈裂抗拉强度的数学表达式,得到偏高岭土和硅灰对掺合料混凝土均为正影响,而超细粉煤灰为负影响的结果.当偏高岭土的掺量为10％(质量分数),超细粉煤灰掺量为15％(质量分数),硅灰掺量为5％(质量分数)时,掺合料混凝土力学性能达到最佳.最后进行微观分析得出,矿物掺合料的复合化具有超叠加效应,能增强掺合料混凝土各龄期的力学性能.     

超细矿物掺合料对超早强聚合物修补砂浆性能的影响

本文研究了单掺超细矿粉和硅灰对超早强聚合物修补砂浆工作性能、力学性能和黏结性能的影响。结果表明:在超细矿粉掺量为6%时,修补砂浆7 d和28 d抗压强度最大,流动度与空白组相比变化不大;而当掺量提高到8%时,修补砂浆拥有最优的黏结强度,其中拉伸黏结强度为2.0 MPa,界面弯拉强度为6.0 MPa。随着硅灰掺量增加,流动度显著下降,在硅灰掺量为4%时,修补砂浆2 h和1 d抗压强度最大,远高于空白组;但当掺量超过4%时,黏结强度明显下降。此外,一定量的超细矿粉和硅灰的加入,有助于改善超早强聚合物修补砂浆抗折强度的倒缩。     

碳酸锂与纳米碳酸钙对UHPC早期力学性能的影响

研究了在常温养护条件下,无机早强剂碳酸锂(Li2 CO3)、纳米材料纳米碳酸钙(NC)对超高性能混凝土(UHPC)流动性能和早期力学性能的影响,并采用SEM、XRD对其早期水化产物形貌及水泥水化反应程度进行探讨.结果表明:单掺时,Li2CO3最佳掺量为0.100％(质量分数),与未掺试件相比,1 d抗压强度提升44％,1 d抗折强度提高28％;NC最佳掺量为3％(质量分数),1 d抗压强度提高45％,1 d抗折强度提高24％.0.100％(质量分数)的Li2 CO3与3％(质量分数)的NC复掺时,1 d抗压和抗折强度分别为72.1 MPa和13.9 MPa,与对照组相比分别增加了68％和38％,28 d的抗压和抗折强度分别为132.2 MPa、24.5 MPa,且强度无损失.在常温条件下可制备出高早强UHPC.     

沸石粉取代部分硅灰的超高性能混凝土力学性能研究

相比于硅灰,沸石粉是一种可就地取材、价格低廉的矿物掺合料。采用沸石粉取代硅灰制备超高性能混凝土(UHPC),研究了沸石粉掺量、水胶比和钢纤维体积掺量对沸石粉UHPC力学性能的影响。结果表明:沸石粉取代部分硅灰降低了UHPC的3 d强度,而随着龄期的增加,15%(质量分数)取代率的沸石粉增加了其强度,30%(质量分数)沸石粉取代率影响不大;沸石粉有助于改善UHPC后期韧性;水胶比的增加降低了沸石粉UHPC强度,但水胶比为0.16和0.14的试件强度相差不大;适量钢纤维有助于提高沸石粉UHPC强度,其最佳体积掺量范围为2.5%~3.0%。     

钢纤维及硅灰对UHPC性能影响试验研究

以超高性能混凝土(UHPC)为研究对象,探索钢纤维形状及硅灰掺量对其性能的影响规律。试验结果表明,直线形钢纤维UHPC比端钩形钢纤维UHPC流动性能更优异,同时随着硅灰掺量的增加,UHPC流动性能逐渐变好而后再变差,1d及28d抗折强度均呈现先增加后减小的趋势,1d及28d抗压强度均慢慢增加,但当硅灰掺量超过一定额度值时,对抗压强度的影响很小。     

硅灰掺量对预制混凝土界面黏结性能影响研究

为提高砂浆垫层与预制混凝土墩柱、承台界面间的黏结性能,在连接处涂刷一层界面剂,采用水泥净浆为基准,以不同硅灰掺量为变量,研究硅灰掺量对预制混凝土界面黏结性能的影响,通过实验分别测试了抗折强度、抗压强度、劈拉强度及剪切强度。结果表明,从力学性能上看,同一龄期下,抗折及抗压强度均随着硅灰掺量的增加呈现先提升后下降的趋势,硅灰掺量为8%时的抗折与抗压强度值最大,分别为9.5,63.6 MPa,表现为力学性能最好;从黏结性能上看,劈拉及剪切强度均随着硅灰掺量的增加出现先增加后减小的现象,掺量为8%时,28 d强度值分别为1.7 MPa和1.65 MPa,黏结性能最优,28 d强度增长率较7 d分别提高了40%和65%。综合分析力学性能和黏结性能,得出硅灰掺量为8%时,界面黏结效果最优。     

半水磷石膏固化原状磷石膏制备胶凝材料及性能研究

以原状磷石膏（RPG）为基材,通过单因素实验研究了原状磷石膏（RPG）与β-半水磷石膏（HPG）相对掺量以及生石灰、水泥、硅灰3种掺合料对磷石膏基复合胶凝材料（PGBM）抗压强度、抗折强度及软化系数的影响规律以及作用机理。结果表明：HPG、生石灰、水泥、硅灰相对掺量的增加均能有效提高PGBM的强度及软化系数,其中硅灰的作用最为明显。但是,当生石灰和水泥的掺量（以质量分数计）分别大于4%和6%时,对PGBM耐水性能的改善不明显。当RPG与HPG相对掺量（质量分数比）为7∶3,生石灰、水泥、硅灰掺量（以质量分数计）分别为4%、12%、5%时,试件28 d抗压强度和软化系数分别可以达到26.29 MPa和0.79。微观分析表明：各掺合料主要通过水化产物填充率影响RPG颗粒之间的接触强度,进而对PGBM的强度和耐水性产生影响。     

不同硅灰掺量对混凝土强度和抗渗性能的影响

设计了不同掺量硅灰等质量代替水泥作为胶凝材料制备混凝土,通过压力试验和抗氯离子渗透性试验分别对混凝土的强度和抗渗性能进行了研究。结果表明:随着硅灰掺量的增加,混凝土拌合物坍落度逐渐降低,而混凝土凝结时间逐渐缩短;混凝土28d强度随着硅灰掺量的增加先增长后降低,掺量在10%左右时效果最好,抗压强度此时可提高11%,而抗折强度提高效果较抗压强度略低;混凝土的氯离子扩散系数随着硅灰掺量的增加而减小,掺量在20%时抗渗性能可提高80%。研究成果可提高人们对硅灰混凝土的认识。     

超高性能混凝土的制备

采用超低水胶比和高强度水泥常温养护制备超高性能混凝土,以水胶比、钢纤维的体积掺量为变化参数分析了其对超高性能混凝土抗压强度、抗折强度及拉伸性能的影响.研究结果表明:在最大密实度的情况下,混凝土的抗压强度随水胶比的增大而降低.本文钢纤维体积掺量2％,水胶比在0.12～0.22范围内,28d抗压强度随水胶比的增大先升高后降低,水胶比为0.18时,UHPC的抗压强度最大,达152.8 MPa;钢纤维体积掺量在1.7％ ～2.9％时,随掺量的增加,抗压强度、抗折强度均呈增大的趋势,在2.9％ ～3.5％时,抗压强度和抗折强度有下降的趋势,体积掺量为2.9％时,28 d抗压强度和抗折强度达到最大值,分别为153.5 MPa和37.1 MPa.综合经济性、施工性能、力学性能来看,2％为钢纤维最佳体积掺量.在最佳掺量下,拉伸应力达到峰值8.94 MPa时,拉伸应变达0.012％.     

钢渣微粉生态型超高性能混凝土力学性能影响因素分析

为促进钢铁企业废渣的无害化处理与资源化利用,将钢渣制成微粉替代石英粉制备生态型超高性能混凝土(UHPC)是其再利用的有效途径之一。针对配制钢渣微粉UHPC的原材料因素影响问题,采用正交试验法对不同配合比下钢渣微粉UHPC的抗压、抗折、劈裂抗拉等强度指标及弹性模量进行测试,以分析硅灰、钢渣微粉、河砂和钢纤维四种原材料掺量对其各项性能指标的影响效果。结果表明：钢纤维体积掺量对钢渣微粉UHPC的各项力学性能影响最为显著,河砂、钢渣微粉掺量影响程度较大,硅灰掺量影响程度较小;立方体抗压强度、抗折强度、静力受压弹性模量指标下的显著性影响顺序为钢纤维>河砂>钢渣微粉>硅灰,轴心抗压强度、劈裂抗拉强度指标下的显著性影响顺序为钢纤维>钢渣微粉>河砂>硅灰;经正交试验得出最佳配合比方案,按该方案制备的钢渣微粉UHPC具有良好的工作性能与力学性能。     

矿物掺合料对UHPC性能的影响

传统超高性能混凝土(UHPC)的硅灰用量一般都比较高,导致其制作成本较高,而且自收缩比较大,对实际工程应用造成了一定的影响。本文用粉煤灰和矿粉部分或全部替代硅灰制备UHPC,并对其工作性能、力学性能、自收缩及孔结构特征进行了试验研究。结果表明:采用粉煤灰或矿粉替代硅灰可以改善UHPC拌合物的流动性,替代率越高,拌合物的流动度越大;当采用粉煤灰或矿粉替代50%(质量分数)硅灰时,在标准养护下,对28 d抗压强度的影响较小,而在高温蒸养下,则会导致28 d抗压强度下降,当替代率达到100%(质量分数)时,无论是标准养护还是高温蒸养,都会显著降低28 d抗压强度;采用粉煤灰或矿粉替代硅灰能降低细孔的占比,增大孔径,减少自收缩,且粉煤灰对于自收缩的抑制效果优于矿粉。     

海水和矿物掺合料对硫铝酸盐水泥砂浆性能的影响

本文研究了不同拌和水以及海水拌和时粉煤灰和硅灰掺量对硫铝酸盐水泥(SAC)砂浆力学性能和表观孔隙率以及净浆凝结时间、化学收缩、孔溶液pH值和氯离子结合能力等的影响,并通过XRD、SEM和EDS分析水泥水化产物和微观结构。结果表明,海水能加快SAC早期水化并提高其早期强度,但后期强度和淡水拌和时无明显差别。粉煤灰和硅灰均会延长SAC凝结时间,对早期抗压强度不利,而掺加质量分数为5.0%和7.5%的硅灰能提高SAC砂浆28 d抗压强度。硅灰掺量增加时会提高用水量和表观孔隙率,降低流动性,使水泥化学收缩增大,降低净浆pH值且减少氯离子结合量;粉煤灰能够提高砂浆流动性,减少水泥化学收缩,但掺量越大对SAC砂浆抗压强度和抗折强度越不利,掺质量分数为10%的粉煤灰可小幅提高氯离子结合量且减小表观孔隙率。     

原状粉煤灰对超高性能混凝土性能的影响

为提高粉煤灰的综合利用率,降低原料成本,采用未经磨细和分选的原状粉煤灰等质量替代硅灰来制备超高性能混凝土(UHPC),并研究了不同掺量的原状粉煤灰对UHPC力学性能及微观结构的影响。结果表明:原状粉煤灰的掺入可使UHPC中胶凝材料的粒度呈梯度分布,形成良好的微级配;并且使新拌混凝土的流动度增大,影响了钢纤维在UHPC基体中的分布;当原状粉煤灰掺重不超过30%时,UHPC抗折强度随着原状粉煤灰掺量的增加呈现不同程度的增长,30%原状粉煤灰掺量的UHPC抗折强度与不掺粉煤灰的空白样相比提高了34%;由于原状粉煤灰水化缓慢,当原状粉煤灰掺量在0%~40%时,UHPC抗压强度随着原状粉煤灰掺量的增加有所下降。孔结构分析表明:UHPC的平均孔径以及总孔体积均随着原状粉煤灰的掺入而减小,基体更加密实;当原状粉煤灰掺量为30%时,SEM照片显示钢纤维与UHPC基体结合紧密,界面黏结增强。     

硅灰掺量对免烧粉煤灰陶粒性能的影响

以粉煤灰为原料,辅掺硅灰制备了碱激发免烧陶粒。采用筒压强度试验、吸水率试验、含泥量试验、磨破率试验、耐腐蚀试验、X射线衍射仪和扫描电子显微镜试验,系统地研究了硅灰掺量对陶粒性能的影响。结果表明,3 d、7 d、14 d龄期时,随着硅灰掺量增加,粉煤灰陶粒的筒压强度呈逐渐增加趋势,磨破率与吸水率呈逐渐下降趋势,耐腐蚀性能也得到提高。当硅灰掺量为15%和20%(质量分数)时,龄期为14 d时,陶粒的筒压强度分别达到19.43 MPa和20.37 MPa。由微观分析知,适量的硅灰掺量可以提高粉煤灰的水化程度,增加陶粒结构密实性,但当掺量达到15%~20%时,水化程度有所减弱。     

外加剂对半柔性路面用早强型水泥基灌浆料工作性能的调控

针对大孔隙沥青混合料路面对灌浆材料工作性能要求较高的特点,本文开发了一种半柔性路面用早强型水泥基灌浆料。采用快硬硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥在不同比例下进行复掺,确定了水泥体系的基础配比;通过正交试验,确定了粉煤灰、硅灰、赤泥等矿物掺合料最佳配比。通过在灌浆料体系中复掺减水剂、胶粉、缓凝剂及早强剂外加剂,对灌浆料的工作性能进行了优化调控,最终获得满足性能要求的半柔性路面用水泥基灌浆料。结果表明,灌浆料体系的最优配比为m(快硬硫铝酸盐水泥)∶m(普通硅酸盐水泥)=7∶3,外掺粉煤灰、硅灰、赤泥的量分别为硫铝酸盐-普通硅酸盐复合水泥质量分数的9%、6%、3%,水胶比为0.40,砂胶比为0.25,早强剂、胶粉、减水剂、缓凝剂的掺量分别为0.08%、2.5%、0.35%、0.20%(质量分数),其初始和20 min流动度分别为13 s和19 s,初凝和终凝时间分别为62 min和65 min,3 h、1 d、7 d和28 d的抗压强度分别为17.08 MPa、18.13 MPa、24.59 MPa和26.19 MPa,7 d干缩率为0.18%。     

辅助胶凝材料对预应力高强混凝土管桩强度及工艺的影响

为优化混凝土管桩生产工艺,以硅灰(SF)和偏高岭土(MK)作为辅助胶凝材料,研究硅灰和偏高岭土对不同蒸养时间下混凝土抗压强度的影响,并使用X射线衍射(XRD)和扫描式电子显微镜结合能量色散谱(SEM-EDS)分析其水化产物及微观结构。通过Design-Expert8.0软件设计Box-Behnken试验,以硅灰掺量、偏高岭土掺量和蒸养时间三个因素为自变量,蒸养混凝土抗压强度为响应值,构建多因素回归方程模型。结果表明:硅灰掺量为胶凝材料质量分数8%时,对抗压强度略有提高,提高幅度为6.2%,达到83.6 MPa;5%、8%和10%(质量分数)掺量的偏高岭土均可提高蒸养混凝土的抗压强度,蒸养4 h、8 h、12 h时,10%掺量的偏高岭土对混凝土抗压强度的提升幅度依次为15.6%、13.2%和13.6%,蒸养4 h、8 h和12 h对混凝土抗压强度影响不大。XRD和SEM-EDS结果表明,硅灰和偏高岭土均消耗了Ca(OH)₂,提升了水泥早期水化程度,可以改善内部孔结构。通过响应面法建立模型可以预测,当硅灰质量分数为6.6%、偏高岭土质量分数为10%、蒸养时间为8.6 h时,混凝土抗压强度最高,达到104.8 MPa,且具有较高置信度。     

基于多重响应的钢渣超高性能混凝土组成优化设计研究

为实现生态型超高性能混凝土(UHPC)的组成优化和钢渣利用率的提高,将钢渣粉作为辅助胶凝材料,利用D-最优化设计方法制备生态型UHPC,并建立了UHPC的工作性能与抗压强度预测模型,以进行多重响应分析。最后借助预测模型,以低水泥用量、高钢渣粉利用率设计出了符合要求的生态型UHPC。结果表明:预测模型构建合理且准确度高,在预测模型中减水剂和硅灰对于工作性能影响程度较大,水泥、减水剂以及钢渣的交互作用对工作性能影响明显,钢渣粉的加入可增强工作性能;硅灰和钢渣粉对抗压强度影响显著,水泥和钢渣粉的交互作用对抗压强度的影响较小,随钢渣粉掺量的增加抗压强度存在最优值;优化的生态型UHPC的配比可以实现钢渣粉替代30%(质量分数)水泥,同时保证抗压强度130 MPa以上,工作性能260 mm以上。     

低温养护下矿物掺合料湿喷混凝土力学性能及配比优化研究

为系统研究粉煤灰掺量、硅灰掺量及养护温度对湿喷混凝土力学性能的影响规律,通过设计正交试验对湿喷混凝土抗压强度进行极差和方差分析。结果表明:湿喷混凝土抗压强度随养护龄期增加而增大,但抗压强度增幅随养护龄期延长而减弱;增加硅灰和粉煤掺量均能有效提高湿喷混凝土抗压强度,但粉煤灰掺量超过10%(质量分数,下同)后,粉煤灰掺量的增加对混凝土后期抗压强度没有显著的影响;三因素对湿喷混凝土抗压强度影响程度顺序为硅灰掺量>养护温度>粉煤灰掺量;湿喷混凝土抗压强度对矿物掺合料的敏感性与养护温度呈正相关,增大养护温度能够提高矿物掺合料对湿喷混凝土抗压强度的改善效果;随着养护温度的提高,团絮状胶凝物质大量生成,水化产物黏结得更为密实,混凝土的抗压强度和承载性能得到进一步增强;构建多元非线性回归模型能够对混凝土抗压强度进行预测,并且湿喷混凝土在硅灰掺量、粉煤灰掺量及养护温度分别为15%、15%和10 ℃时具有最佳的抗压强度。